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大国重器的眼睛,深度揭秘卫星导航中国北 [复制链接]

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《日经亚洲评论》11月25日报道称,据美国卫星信号接收公司Trimble数据显示,世界上个主要国家当中有个国家的首都,北斗对其观测的频率要比GPS高。

中国北斗真的超过了美国GPS?

在个国家首都,北斗为何被观测的频率比GPS高?原因很简单,因为咱们国家北斗在天空中发射的卫星多,自然在这个国家首都的上空出现的概率大!

北斗第三代导航系统由30颗卫星组成,包括3颗静止轨道卫星GEO、24颗中地球轨道卫星MEO和3颗倾斜同步轨道卫星IGSO。可能有人疑惑,北斗三代刚开始计划是35颗,怎么少了5颗?其实差得5颗是正式组网前进行技术验证的5颗试验卫星。

截止年11月6日,整套北斗在轨运行卫星总数为46颗,而GPS在轨健康运行的只有31颗,其中9颗还是处于后备状态。所以说,我国北斗被观测频率比GPS高也是情理之中的事情。

中国北斗水平到底如何?

我国北斗与美国GPS哪个更厉害?其实要看这个厉害的标准是什么。要是从产业链和商业应用方面来比,我国北斗毕竟才刚开始,与美国有差距是肯定。

要是从技术成熟度和定位精度来比的话,中国北斗可并不比美国GPS差,甚至在局部区域要优于美国GPS。客观来讲,中国北斗发展比较晚,从一开始就吸收了各国卫星导航技术的先进经验,自然具备后来居上的优势。

说到全球卫星导航,目前有中国北斗、美国GPS、俄罗斯格拉斯和欧洲伽利略。但是,不管那种卫星导航系统,功能无非就是定位和授时。

卫星导航系统,就是由天上的卫星、地面的监控部分和用户接收机三部分组成。整个流程就是地面的控制部分将轨道、钟参注入到卫星,用户接收机利用卫星发播的测距信号进行测距,然后根据卫星的距离解算用户自己的位置。

要想知道你在地球的位置,卫星并不是直接告诉你,而是通过你和卫星之间的信息传输时间差测出你跟卫星之间的距离,比如说1.2万公里,那么,你的位置就是以在这颗卫星为中心,1.2万公里为半径的球面上。这时候,没有办法确定你的三维坐标,于是就需要额外卫星的数据。两个圆相交得到是一个圆环,再来一个圆,得到的就是两个交点。可是,别忘了,你所处的地球也是一个圆。所以,两个交点中,在地球表面的,就是你的位置。

因此,理论上,三颗卫星就能得到你的位置,但是由于时间测量很小的误差,乘以光速,都会得到非常大的误差。所以,为了消除误差,北斗或GPS,都是采用4颗或4颗以上的卫星来定位。

可以这样说,覆盖你的卫星越多,你的定位信息也就相对越准确。

所以要想比较北斗和GPS的定位精度哪个更好,关键看用户能够接收到多少颗卫星的数据。当然,这个前提是每个卫星、地面监控部分和用户接收机之间都要保持高度统一的时间。

前面我们也提到,在很多国家,我国北斗的观测频率更高,这在一定程度上反映出我国北斗在局部区域的定位精度要高于GPS。

中国北斗卫星有3颗静止轨道卫星GEO,大部分时间都是飞在亚太地区上空,3颗倾斜同步轨道卫星IGSO更是直接相对中国本土静止。所以说,在中国和大部分亚太区域,北斗的定位精度与GPS相当甚至是更优。

至于说全球定位精度,美国GPS的优势应该会更明显。毕竟,美国能够在全世界布设地面监测站,而我国不能。这也就意味着,24颗中地球轨道上的北斗卫星,受制于地面监测站数量,做不到全弧度监测。当然,美国同样也就地面监测站布设的问题。

为了解决这个问题,美国在上世纪八十年代最先提出了星间链路这个概念。星间链路就是说卫星和卫星之间自主定轨,这样监测站只需要监测能够看到的卫星就可以知道所有卫星的轨道。

但是,北斗先驱许其凤院士在年表示,美国提了三十多年的自主定轨,到目前也并没有拿出像样的成果。美国人表示,我们理论上可以自主定位,但是代价比较大。

相反,北斗三号卫星首席总设计师谢军表示,中国北斗已经具有自主知识产权的星间链路自主定轨方案。杨元喜院士团队研究成果表明,仅采用区域测站定轨,重叠弧段三维位置误差RMS为66.7cm,加入星间链路后可降低至15.4cm,提高了76.9%。足可见,中国北斗星间链路自主定位技术效果还是很显著。

因此,从技术的角度来说,我国北斗的技术在局部方面要优于现在的GPS。更重要的是,我们摆脱了美国GPS的垄断控制,特别是在军事领域。要是没有北斗,美国突然给我们停了GPS,我们的导弹武器岂不是都成“瞎子”?

这也难怪,卫星导航被称为大国重器的眼睛。

关于中国北斗卫星,很多人并不想去承认中国的努力,包括一些中国人!总觉得我们的科学技术是在吹,是在抄袭,是在模仿。可是,很多关键技术根本不会让你有机会模仿。

美国当时知道中国自己要搞北斗卫星导航,立马一台星载原子钟都不卖给我们,最后不还是靠我们的科学家一点点给攻克。所以,我们需要直面差距的同时,自信承认中国科学技术的进步。

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